KR102186888B1 - 주조 물품의 제조 방법, 주조 장치, 및 상기 주조 장치에 사용되는 송기 노즐 - Google Patents

Abstract

금속 용탕을 통기성 주형(1)에 중력 주탕하여 주조 물품을 얻는 주조 물품의 제조 방법으로서, 상기 통기성 주형의 캐비티는, 적어도, 탕구부(12), 탕도부(7) 및 제품부(9)를 가지고, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분(10)에 금속 용탕을 충전하기 위해, 상기 통기성 주형의 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 원하는 캐비티 부분과 대략 같은 체적의 용탕을 탕구부로부터 주탕하고, 주탕된 용탕이 원하는 캐비티 부분에 충전되기 전에, 상기 탕구부로부터 가스를 송기하여 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시키는 단계를 포함하고, 상기 가스의 송기는, 가스를 토출하는 송기 노즐을, 상기 탕구부에 끼워맞춤으로써 행하는 것을 특징으로 한다.

Description

주조 물품의 제조 방법, 주조 장치, 및 상기 주조 장치에 사용되는 송기 노즐{CAST ARTICLE MANUFACTURING METHOD, CASTING DEVICE, AND GAS SUPPLY NOZZLE USED IN CASTING DEVICE}

본 발명은, 통기성 주형(通氣性 鑄型; gas-permeable casting mold)에 주조(鑄造)하여 원하는 물품을 얻는 주조 물품의 제조 방법, 주조 장치 및 상기 주조 장치에 사용되는 송기(送氣) 노즐에 관한 것이다.

중력 주탕(注湯)에서의 주조 물품의 제조에는, 통기성 주형인 사립자(砂粒子)를 사용하여 조형(造型)된 주형, 이른바 사형(砂型; sand mold)이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이와 같은 통기성 주형(이하, 주형이라고도 함)을 사용하면, 특정 형상의 캐비티에 용탕(溶湯; melt)이 충전될 때, 잔류하는 기체(氣體)(일반적으로는 공기)가 캐비티 표면으로부터 압출(押出)되는 것에 의해, 캐비티 전체에 금속 용탕(이하, 용탕이라고도 함)이 돌아, 캐비티와 실질적으로 동일한 주물(鑄物)을 얻을 수 있다. 주형의 캐비티는, 일반적으로 탕구부(湯口部; sprue), 탕도부(湯道部; runner), 압탕부(押湯部; feeder) 및 제품부(product-forming cavity)를 가지고 있고, 이 순서로 용탕이 공급되고, 제품부를 채우기에 충분한 용탕 헤드 높이를 탕구부에 형성하여 주탕이 종료된다.

이와 같이, 하여 응고된 주조 물품은, 탕구부, 탕도부, 압탕부 및 제품부가 주물로서 연결된 형태로 되어 있다. 여기서, 압탕부는 제품의 건전화를 위해 설정되는 캐비티이며 불필요한 부분이라고는 말할 수 없지만, 탕구부나 탕도부는 제품부까지의 용탕의 경로에 지나지 않고, 본래 전혀 불필요한 부분이다. 따라서, 탕구부나 탕도부에 용탕이 충전된 상태에서 응고(凝固)시키는 한, 주입 수율의 대폭적인 개선을 도모할 수는 없다. 또한, 불필요한 부분이 연결된 주물이면, 후속 단계인 제품부의 분리 단계에서 제품부와 불필요한 부분과의 구분 작업에 상당한 단계수를 필요로 하여, 생산 효율의 저하를 초래한다. 따라, 중력 주탕에 있어서, 주물로서 탕구부나 탕도부의 존재는 큰 문제이다.

상기와 같은 문제점을 해결하는 획기적인 방법이, 일본 공개특허 제2007―75862호 및 일본 공개특허 제2010―269345호에 제안되어 있다. 그 방법이란, 통기성 주형의 캐비티 중 일부인 원하는 캐비티 부분에 금속 용탕을 충전하기 위해, 통기성 주형의 캐비티(이하, 주형 캐비티라는 경우도 있음) 전체의 체적보다 작고, 원하는 캐비티 부분과 대략 같은 체적의 용탕을 중력 주탕하고, 주탕된 용탕이 원하는 캐비티 부분에 충전되기 전에, 탕구부로부터 가스(압축 가스)를 송기하여 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시키는 것이다. 이 방법[이하, 일본 공개특허 제2007―75862호 및 일본 공개특허 제2010―269345호에 공통적으로 개시된 방법을, 가압 주조법(鑄造法)이라고 하는 경우가 있음]에 의하면, 용탕 헤드 높이에 따라서 필요했던 압력이, 압축 가스에 의해 보충되므로, 탕구부는 물론, 탕도부의 용탕도, 거의 필요로 하지 않는 것이 가능하게 될 것으로 기대되고 있다.

본 발명자들은, 일본 공개특허 제2007―75862호 및 일본 공개특허 제2010―269345호에 기재된 가압 주조법을 실현화하기 위해 실험을 행하였다. 그 결과, 압축 가스를 송기할 때 압축 가스가 탕구부로부터 누출되지 않도록 하기 위해, 일본 공개특허 제2007―75862호에 기재되어 있는 바와 같이 한 송기관(送氣管)에 설치된 플랜지로 탕구부를 막는 방법을 이용한 경우, 공급관으로부터 길게 돌출된 플랜지에 의해 탕구(湯口)가 은폐되어 버리므로, 탕구와 압축 가스 공급관과의 위치 맞춤이 어렵고, 그러므로, 가스의 송기 타이밍이 늦어지게 되어, 제품에 탕경(湯境)이 발생하는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 플랜지가 접촉하는 탕구 주위는, 주탕 시에 흩날린 끓는 물의 거품이 쉽게 부착되므로, 이 부착된 끓는 물의 거품이 플랜지와 탕구 주위와의 사이에 간극을 형성하고, 다량의 가스 누출을 발생하는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 가스의 송기를, 주탕 후 신속하게 확실하게 행할 수 있는 수단의 개발이 요구되고 있다.

일본 공개특허 제2007―75862호 일본 공개특허 제2010―269345호

따라서 본 발명의 목적은, 가스의 송기 시에 가스 누출이 쉽게 발생하지 않고, 또한 주탕 후, 신속하게 송기가 가능한 주조 물품의 제조 방법, 주조 장치 및 상기 주조 장치에 사용되는 송기 노즐을 제공하는 것이다.

상기 목적으로 감안하여 예의(銳意) 연구의 결과, 본 발명자는, 탕구부와 송기 노즐을 끼워맞추는 구조에 의해, 가스의 송기를, 주탕 후 신속하게 확실하게 행할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 도달하였다.

즉, 주조 물품을 제조하는 본 발명의 방법은, 금속 용탕을 통기성 주형에 중력 주탕하여 주조 물품을 얻는 주조 물품의 제조 방법으로서, 상기 통기성 주형의 캐비티는, 탕구부, 탕도부 및 제품부를 적어도 가지고, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분에 금속 용탕을 충전하기 위해, 상기 통기성 주형의 캐비티 전체의 체적보다 작고, 원하는 캐비티 부분과 대략 같은 체적의 용탕을 탕구부로부터 주탕하고, 주탕된 용탕이 원하는 캐비티 부분에 충전되기 전에, 상기 탕구부로부터 가스를 송기하여 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시키는 단계를 포함하고, 상기 가스의 송기는, 가스를 토출(吐出)하는 송기 노즐을, 상기 탕구부에 끼워맞춤으로써 행하는 주조 물품의 제조 방법이다.

상기 송기 노즐은, 그 외형이 가스를 토출하는 방향으로 끝이 좁아지게 되도록 테이퍼형 측면이 형성되어 있고, 상기 탕구부는, 용탕류(溶湯流)의 방향으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면이 형성되어 있고, 상기 송기 노즐의 테이퍼형 측면을, 상기 테이퍼형 벽면이 형성된 탕구부에 접촉시킴으로써 끼워맞추는 것이 바람직하다.

가스를 토출할 때, 상기 송기 노즐을, 상기 가스의 토출 방향으로 압압(押壓)하는 것이 바람직하다.

본 발명의 주조 장치는, 적어도, 금속 용탕을 주탕하기 위한 탕구부, 상기 탕구부로부터 주탕한 용탕의 유로(流路)를 형성하는 탕도부, 및 상기 탕도부를 통해 공급된 용탕이 충전되는 제품부의 캐비티를 가지는 통기성 주형과,

상기 통기성 주형에 중력 주탕한 금속 용탕이, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분에만 충전되도록, 상기 탕구부로부터 상기 통기성 주형의 캐비티에 가스를 송기하기 위한 송기 노즐과,

상기 송기 노즐에 상기 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하는 주조 장치로서,

상기 송기 노즐은, 상기 탕구부에 끼워맞추어지는 것에 의해, 상기 가스를 상기 탕구부로부터 상기 캐비티에 송기 가능하게 하는 끼워맞춤부를 가진다.

상기 송기 노즐의 상기 끼워맞춤부는, 가스를 토출하는 방향으로 끝이 좁아지게 되도록 테이퍼형 측면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 송기 노즐의 가스 토출구(吐出口)를 형성하는 내공(內孔)의 직경이, 가스를 토출하는 방향으로 확경(擴徑)되어 있는 것이 바람직하다.

상기 탕구부는, 상기 금속 용탕이 흘러내리는 유로인 도입관부(導入管部)와, 상기 도입관부에 연결하여 상기 도입관부보다 확경되어 상기 통기성 주형의 외측에 개구되는 탕구 컵부로 이루어지고, 상기 도입관부는, 상기 송기 노즐을 끼워맞출 수 있는 끼워맞춤부를 가지는 것이 바람직하다.

상기 탕구부의 일부를 구성하는 상기 끼워맞춤부는, 상기 금속 용탕이 흘러내리는 방향으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 송기 노즐을, 상기 가스의 토출 방향으로 압압하는 기구(機構)를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 송기 노즐은, 적어도, 탕구부, 탕도부 및 제품부의 캐비티를 가지는 통기성 주형에 중력 주탕한 금속 용탕을, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분에만 충전되도록, 상기 탕구부로부터 상기 통기성 주형의 캐비티에 가스를 송기하기 위한 송기 노즐로서,

가스를 토출하는 방향으로 끝이 좁아지게 되도록 테이퍼형 측면이 형성된 외형을 가진다.

본 발명에 의하면, 가압 주조법에 있어서, 특별히 복잡한 장치를 사용하지 않고, 가스의 송기 시에 가스 누출의 발생을 방지할 수 있는 동시에, 주탕 후, 신속하게 송기가 가능한 주조 물품의 제조 방법을 제공할 수 있다. 그러므로, 주조 택트가 향상되어, 탕경의 형성이라는 불량의 발생이 저감된다.

도 1a는 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 용탕을 주탕한 직후의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 송기 노즐을 탕구부에 끼워맞추어진 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1c는 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 송기 노즐로부터 가스를 송기하고 있는 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1d는 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전한 상태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 2에 관한, 송기 노즐 및 탕구부를 나타낸 모식 단면도(斷面圖)이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 3에 관한, 송기 노즐 및 탕구부를 나타낸 모식 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 4에 관한, 송기 노즐 및 탕구부를 나타낸 모식 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 5에 관한, 송기 노즐 및 탕구부를 나타낸 모식 단면도이다.

본 발명의 방법은, 금속 용탕을 통기성 주형에 중력 주탕하여 주조 물품을 얻는 주조 물품의 제조 방법으로서, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 상기 통기성 주형의 캐비티(5)는, 탕구부(12), 탕도부(7), 압탕부(8) 및 제품부(9)를 가지고, 상기 제품부(9) 및 압탕부(8)로 이루어지는 원하는 캐비티 부분(10)에 금속 용탕(M)을 충전하기 위해, 주형 캐비티(5)의 전체의 체적보다 작고, 원하는 캐비티 부분(10)과 대략 같은 체적의 용탕(M)을 탕구부(12)로부터 주탕하고, 주탕된 용탕(M)이 원하는 캐비티 부분(10)에 충전되기 전에, 상기 탕구부(12)로부터 가스를 송기하여 원하는 캐비티 부분(10)에 용탕(M)을 충전하여 응고시키는 단계를 포함하고, 상기 가스의 송기는, 가스를 토출하는 송기 노즐(15)을, 상기 탕구부(12)에 끼워맞춤으로써 행하는 주조 물품의 제조 방법이다. 상기 탕구부(12)는, 통기성 주형의 외측에 개구되는 테이퍼 형상의 탕구 컵부(12a)와, 상기 금속 용탕이 흘러내리는 유로인 도입관부(12b)로 이루어진다. 그리고, 도 1a에 있어서는, 압탕부(8)가 설치되어 있지만, 불필요한 경우에는 형성하지 않아도 된다.

주탕 후의 탕구부는 직전에 고온의 용탕류에 노출되어 있으므로, 그 내벽의 표면은 거칠어져 무르게(roughened and brittle) 되어 있는 것으로 생각되고, 그러므로, 당초는 끼워맞추는 구조는 전혀 상정하고 있지 않았으나, 본 발명자는, 각종 실험에 의해, 상기한 끼워맞추는 구성이 실현 가능한 것을 발견하였다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징은, 가스를 토출하는 송기 노즐(이하, 송기 노즐이라고도 함)을, 용탕 유로를 형성하는 탕구부(이하, 탕구부라고도 함)에 끼워맞춤으로써 가스의 송기를 행하는 것에 있다. 상세하게는, 상기 가스를 토출하는 송기 노즐을, 상기 탕구부에 꽂고, 상기 송기 노즐의 선단부 측면을, 상기 탕구부의 내벽면에 접촉시켜 고정한 상태에서 가스의 송기를 행한다. 상기 송기 노즐의 선단부 측면과, 상기 탕구부의 내벽면은 반드시 밀착되어 있을 필요는 없고, 가스의 송기에 의해 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시킬 수 있을 정도의 가스압을 공급할 수 있으면, 다소의 클리어런스가 있어도 된다.

본 발명의 송기 노즐은, 본 발명의 주조 장치를 구성하는 것이며, 탕구부에 끼워맞추는 구성으로 함으로써, 플랜지와 같은 탕구의 개구부를 덮는 부재가 불필요해지므로, 또한 위치 맞춤을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 끼워맞춤을 완료하고나서 바로 가스를 송기하는 것도 가능해진다. 이로써, 가스의 송기 타이밍을 빨리할 수 있어, 주조 택트의 향상, 제품에 대한 탕경 발생의 방지에 도움이 된다. 또한, 탕구의 주위에 흩날려 부착되는 끓는 물의 거품의 영향을 거의 받지 않을 수 있는 장점도 있다.

송기 노즐을 구성하는 재료는, 철강, 알루미늄 합금, 구리 합금 등의 금속 재료, 알루미나, 탄화 규소 등의 세라믹스 재료, 금속과 세라믹스의 복합 재료, 또는 그래파이트(graphite) 등을 사용할 수 있다. 또한, 송기 노즐은, 가스 공급 장치에 대하여 착탈 가능한 구조를 가지는 것이 바람직하다.

상기 끼워맞출 때에 있어서는, 노즐을 탕구부에 대하여 슬라이딩 회동(rotated slidably)시킴으로써 보다 밀착성을 올려, 실링 효과를 높이도록 해도 된다. 그리고, 상기 끼워맞춘 부분은, 완전히 기밀을 유지할 필요는 없고, 가스의 송기에 의해 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시킬 수 있는 것이라면, 클리어런스가 있어도 된다.

탕구부에 대하여 노즐을 깊게 끼워맞출수록, 노즐 측면과 탕구부의 접촉 면적이 커지므로, 실링 효과는 높아져, 탕구부로부터의 가스 누출을 방지한다는 점에서는 유리하게 된다. 또한, 탕구부에 대하여 노즐을 깊게 끼워맞추는 것은, 노즐 선단이 제품부에 가까워지게 되어, 통기성 주형의 내부를 통하여 도피 가스를 적게 할 수 있는 장점도 있다.

한편, 깊게 끼워맞추는 경우에는, 노즐의 설치에 시간이 걸리는 점에서 불리하게 된다. 그러므로, 주형이나 용탕의 성상(性狀)에 맞추어, 끼워맞추는 형태는 적절히 선택하는 것이 바람직하다.

상기 송기 노즐은, 그 외형이 가스를 토출하는 방향으로 끝이 좁아지게 되도록 테이퍼형 측면이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 상기 탕구부는, 용탕류의 방향으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 테이퍼형 벽면은, 상기 송기 노즐의 테이퍼형 측면에 모방하도록 한 대략 같은 테이퍼 형상인 것이 더욱 바람직하다. 송기 노즐 및 탕구부가 전술한 바와 같은 형상을 가지는 것에 의해, 상기 송기 노즐의 테이퍼형 측면을, 상기 테이퍼형 벽면이 형성된 탕구부에 접촉시켜 끼워맞추는 것이 용이하게 된다. 예를 들면, 스트레이트한 측면, 즉 테이퍼가 없는 측면을 가지는 노즐에서는, 적절한 클리어런스에 의해 탕구부와 끼워맞추는 것으로 되지만, 끼워맞춘 부분의 깊이 방향의 위치 결정이 어렵다. 한편, 상기 송기 노즐에 형성된 테이퍼형 측면을, 상기 테이퍼형 벽면이 형성된 탕구부에 접촉시킴으로써 소정 위치에, 또한 확실하게 끼워맞추는 것이 가능해진다. 또한, 이 구조에 의해, 노즐의 자중(自重)을 탕구부와의 접촉 압력의 일부로서도 사용할 수 있어, 실링성(sealing characteristic)의 향상에 유리하다.

본 발명에 있어서는, 가스의 송기에 의해, 탕구부로부터 탕도부에 걸쳐 채워진 가스에 의해, 상기 송기 노즐의 끼워맞춤이 느슨해지는 방향으로 압력이 걸린다. 노즐의 자중이나 노즐과 탕구부 벽면과의 마찰력으로, 이 압력에 대항할 수 있는 경우도 있지만, 확실하게 끼워맞춘 상태를 유지하기 위해서는, 가스를 송기하는 기간에 있어서, 송기 노즐을 송기 방향으로 압압하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 송기 노즐 측면 및 탕구부의 벽면이 서로 대응하는 테이퍼형으로 함으로써, 송기 노즐을 가스가 토출하는 방향으로 가압한 경우에, 송기 노즐과 탕구부와의 밀착성이 높아져, 실링성의 향상에 유리하다.

본 발명에서는, 송기 노즐의 가스 토출구를 형성하는 내공의 직경은, 탕구부의 직경보다 작아지게 되므로, 탕구부의 도입관부에 있는 용탕면의 중심 부근에 대하여 집중적으로 송기 가스가 닿는다. 특히, 송기 속도가 클 경우에는, 용탕면의 에지 부근의 용탕이 말려올라가기(splash) 쉬워져, 용탕을 효율적으로 압송(壓送)할 수 없는 경우가 있다. 그러므로, 송기 노즐의 가스 토출구를 형성하는 내공의 직경을, 가스를 토출하는 방향으로 확경되는 형상으로 함으로써, 도입관부 내의 송기 가스의 유속(流速)이 일정하게 되어, 상기한 용탕이 말려올라가는 경향이 억제되어, 송기 가스에 의한 용탕의 압송 효율이 향상되므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 기본 기술에 대하여 설명한다. 본 발명은, 일본 공개특허 제2007―75862호 및 일본 공개특허 제2010―269345호가 제안하는, 가스를 적용하는 가압 주조법을 이용한 주조 물품의 제조 방법을 기본 기술로 하는 것이며, 이들 특허 문헌에 개시되는 기술에 적용된다. 단, 이들의 특허 문헌의 개시 범위로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은, 금속 용탕을 주탕하기 위한 탕구부, 적어도, 상기 탕구부로부터 주탕한 용탕의 유로를 형성하는 탕도부, 및 상기 탕도부를 통해 공급된 용탕이 충전되는 제품부를 가지는 통기성 주형의 캐비티 중, 그 일부인 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분에만 금속 용탕을 충전하는 기술에 적용한다. 상기 통기성 주형의 캐비티에는, 필요에 따라 압탕부를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 원하는 캐비티 부분은 상기 제품부 및 압탕부를 포함한다.

통기성 주형이란 생사형(生砂型), 쉘형(shell mold), 자경성형(自硬性型; self hardening mold) 그 외의 사립자를 사용하여 조형된, 통상 어느 개소에서도 남김없이 일정한 범위에서 통기성이 있는 주형이 일반적이지만, 상기 사립자 대신에 세라믹스 입자나 금속 입자를 사용하여 조형된 주형도 적용할 수 있다. 석고 등의 거의 통기성이 없는 재료에 의해서도, 통기성 재료를 혼재시키거나, 또는 부분적으로 통기성 재료를 사용하여 충분한 통기성을 가지도록 조형함으로써 통기성 주형으로서 사용 가능하다. 또한, 금형과 같이 전혀 통기성이 없는 재료를 사용한 주형이라도, 벤트 홀(vent hole) 등 그 외의 통기공을 형성하여 통기성을 가진 경우에는 통기성 주형으로서 사용 가능하다.

본 발명에서는, 주형 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분과 대략 같은 체적의 용탕을 중력 주탕한다.

이와 같이, 주탕하는 용탕의 체적을 제한하는 것은, 주형 캐비티 체적을 모두 충전하는 양을 주탕하는 것은, 주입 수율의 향상에 기여하지 않기 때문이다. 종래의 통기성 주형을 사용한 중력 주탕에 의한 주조법에서는, 제품부뿐 아니라, 일반적으로 제품부 이외의 전체 캐비티에도 용탕을 충전하여 응고시키는 것이 건전한 제품을 얻기 위해 불가결하므로, 주입 수율은 고작 70% 정도로 머물러, 그 이상으로 대폭적인 향상은 기대할 수 없었다. 이에 대하여 본 발명의 기본 기술을 이용하면, 원리적으로는 주입 수율을 거의 100%로 할 수 있을 가능성이 있다.

주탕하는 것만으로 원하는 캐비티 부분에 용탕이 충전되는 캐비티 구성에서는, 충전을 위해 가스를 송기할 필요는 없지만, 본 발명과 같이 상기 제품부를 포함하는(필요에 따라, 압탕부를 더 포함하는) 원하는 캐비티 부분과 대략 같은 체적의 용탕을 주탕하는 경우, 주탕된 용탕이 원하는 캐비티 부분에 충전되기 전에, 탕구부로부터 가스를 송기하여 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시키는 것이 필요하다.

용탕을 충전하기 위해 송기하는 가스는 비용면으로부터는 공기를 사용해도 되고, 용탕의 산화 방지라는 면으로부터는 비산화성 가스, 예를 들면, 아르곤, 질소, 이산화탄소 등을 사용해도 된다. 송기하는 가스의 유속은, 팬(fan), 블로워(blower) 등에 의한 선풍(旋風)을 사용해도 되지만, 용탕을 균일하게 가압하는 것이 가능한 점에서 압축기 등을 사용하는 것이 바람직하다.

[실시형태 1]

본 발명의 실시형태 1에 대하여 설명한다. 도 1a∼도 1d는, 실시형태 1에 관한, 주조 물품의 제조 방법을 단계마다 나타낸 모식도이다. 본 실시형태는, 송기 노즐이, 스트레이트한 측면, 즉 테이퍼가 없는 측면으로 이루어지는 형상을 가지고, 통기성 주형의 탕구부가, 통기성 주형의 외측에 개구되는 테이퍼 형상의 부분과, 그에 연결해 상기 송기 노즐을 끼워맞출 수 있는 직관형(直管形)의 도입관부로 이루어지는 형상을 가지는 주조 장치를 사용한다.

주형(1)은, 생사형을 사용한 통기성 주형이며, 도 1a∼도 1d에 나타낸 바와 같이, 상부 프레임(2) 및 하부 프레임(3)에 형 맞춤(placed on)되어 정반(定盤; bottom board)(4) 상에 배치된다. 주형 캐비티(5)는, 탕구부(12), 탕도부(7), 압탕부(8), 및 제품부(9)로 구성되며, 이 중 상기 제품부(9) 및 압탕부(8)가 원하는 캐비티 부분(10)을 구성한다. 탕구부(12)는, 통기성 주형(1)의 외측에 개구되고, 연직(沿直) 하방향으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면(14)을 가지는 컵형의 탕구 컵부(12a)와, 탕구 컵부(12a) 바로 아래에 연결하고, 송기 노즐(15)을 끼워맞출 수 있는 직관형의 끼워맞춤부(13)를 가지는 도입관부(12b)로 이루어진다. 그리고, 본 실시형태에 있어서는, 압탕부(8)가 설치되어 있지만, 불필요한 경우에는 형성하지 않아도 된다.

도 1a는, 원하는 캐비티 부분(10)의 체적과 대략 같은 체적의 용탕(M)을, 주탕 레이들(ladle)(11)로부터 주형(1)의 탕구부(12)에 주탕한 직후의 상태를 나타낸다.

이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 송기 노즐(15)을 탕구부(12)의 끼워맞춤부(13)에 끼워맞춤으로써 가스의 송기를 행한다. 실시형태 1에서의 송기 노즐(15)은, 테이퍼가 없는 스트레이트한 측면 형상을 가지므로, 송기 노즐(15)이 접촉하여 끼워맞추어지는 부분은 탕구 컵부(12a)가 아니고, 직관형의 끼워맞춤부(13)이다. 이 방법에 의해, 끓는 물의 거품 등에 의해 밀착성이 손상되지 않고, 또한 탕구부(12)에 대한 위치 맞춤을 용이하게 행할 수 있으므로, 끼워맞춤을 완료하고나서 바로 가스(G)를 확실하게 송기하는 것이 가능해진다. 끼워맞춤부의 밀착성을 높이고, 실링 효과를 높이기 위해, 끼워맞출 때, 송기 노즐(15)을 탕구부(12)의 직관형의 끼워맞춤부(13)의 벽면에 슬라이딩 회동시키는 것이 바람직하다. 또한, 밀착성을 높이기 위해, 송기 노즐(15)의 외경(外徑)을, 직관형의 끼워맞춤부(13)의 직경보다 약간 크게 하고, 직관형의 끼워맞춤부(13)에 압입하여 끼워맞춘 상태에서, 가스의 송기 방향(화살표 A로 나타내는 방향)으로 송기 노즐(15)을 압압하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 용탕(M)의 응고가 개시하기 전에, 가스(G)(복수의 화살표선으로 나타냄)를 송기 노즐(15)로부터 주형 캐비티(5) 내로 송기한다. 이 조작에 의해, 용탕(M)이, 가스(G)에 의한 풍압(風壓)을 받아 원하는 캐비티 부분(10)의 방향으로 가압되어, 원하는 캐비티 부분(10)에 용탕(M)의 충전이 진행된다.

그 후, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 용탕(M)의 원하는 캐비티 부분(10)으로의 충전이 완료되어 용탕(M)이 응고되어 주조가 완료된다.

[실시형태 2]

송기 노즐과 탕구부와의 바람직한 끼워맞춤의 형태로서, 송기 노즐에 형성한 테이퍼형 측면을, 용탕류의 방향으로 테이퍼형 벽면을 형성한 탕구부에 접촉시킴으로써 끼워맞추는 형태를 또한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는, 실시형태 2에 관한, 송기 노즐과 탕구부와의 끼워맞춘 부분을 모식적으로 나타낸다. 통기성 주형(21)의 탕구부(22)는, 통기성 주형(21)의 외측에 개구되고, 중력 주탕 시의 용탕류의 방향(화살표 B로 나타내는 방향)으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면(24)이 형성된 탕구 컵부(22a)와, 그 아래에 연결하는 도입관부(22b)를 가지고 있고, 상기 탕구 컵부(22a)의 테이퍼형 벽면(24)과 대략 같은 각도의 테이퍼형 측면(26)이 형성된 송기 노즐(25)을, 탕구 컵부(22a)의 테이퍼형 벽면(24)에 접촉시킴으로써 끼워맞추는 것이 가능하다. 실시형태 2는, 송기 노즐과 탕구부와의 끼워맞춘 부분을 상기한 바와 같이 변경한 것 이외에, 실시형태 1와 마찬가지의 구성으로 주조 물품을 제조하는 방법이다.

실시형태 2에 의하면, 송기 노즐(25)을 탕구부(22)에 깊게 끼워맞추는 구조는 아니므로, 위치 맞춤을 더욱 용이하게 행할 수 있고, 중력 주탕을 완료하고나서 가스를 송기 개시할 때까지의 기간을 더욱 단축할 수 있다. 또한, 중력 주탕 시에 생기는 끓는 물의 거품은, 테이퍼형 벽면(24)에는 쉽게 부착되지 않으므로, 송기 노즐(25)과 탕구 컵부(22a)의 테이퍼형 벽면(24)과의 접촉면의 밀착성은 쉽게 손상되지 않는다. 끼워맞춤부의 밀착성을 높이고, 실링 효과를 높이기 위해, 끼워맞출 때, 송기 노즐(25)의 테이퍼형 측면(26)을 탕구 컵부(22a)의 테이퍼형 벽면(24)에 슬라이딩 회동시키는 것이 바람직하다. 또한, 밀착성을 높이기 위해, 송기 노즐(25)을, 가스의 송기 방향(화살표 A로 나타내는 방향)으로 압압하는 것이 바람직하다.

[실시형태 3]

도 3은, 실시형태 3에 관한, 송기 노즐과 탕구부와의 끼워맞춤부를 모식적으로 나타낸다. 통기성 주형(31)의 탕구부(32)는, 통기성 주형(31)의 외측에 개구되고, 테이퍼형 벽면(34a)이 형성된 탕구 컵부(32a)와, 그 바로 아래에 연결하여 형성된, 중력 주탕 시의 용탕류의 방향(화살표 B로 나타내는 방향)으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면(34b)이 형성된 끼워맞춤부(33)를 가지는 도입관부(32b)로 이루어지고, 상기 끼워맞춤부(33)의 테이퍼형 벽면(34b)과 대략 같은 각도의 테이퍼형 측면(36)이 형성된 송기 노즐(35)을, 상기 끼워맞춤부(33)의 테이퍼형 벽면(34b)에 접촉시킴으로써 끼워맞추는 것이 가능하다. 실시형태 3은, 송기 노즐과 탕구부와의 끼워맞춤부를 상기한 바와 같이 변경한 것 이외에, 실시형태 1와 마찬가지의 구성으로 주조 물품을 제조하는 방법이다.

실시형태 3에 의하면, 도 1에 나타낸 테이퍼가 없는 측면을 가지는 노즐의 경우와 비교하여, 탕구부(32)에 대한 끼워맞춤의 깊이를 일정하게 유지하기 쉽고, 또한 중력 주탕 시에 생기는 끓는 물의 거품은 테이퍼형 벽면(34)에 부착되지 않으므로, 송기 노즐(35)과 끼워맞춤부(33)의 테이퍼형 벽면(34b)과의 접촉면의 밀착성이 끓는 물의 거품 등에 의해 손상되지 않는다. 끼워맞춤부의 밀착성을 높이고, 실링 효과를 높이기 위해, 끼워맞출 때, 송기 노즐(35)의 테이퍼형 측면(36)을 끼워맞춤부(33)의 테이퍼형 벽면(34b)에 슬라이딩 회동시키는 것이 바람직하다. 또한, 밀착성을 높이기 위해, 송기 노즐(35)을, 가스의 송기 방향(화살표 A로 나타내는 방향)으로 압압하는 것이 바람직하다.

실시형태 3의 탕구부(32)에서의 끼워맞춤부(33)의 테이퍼형 벽면(34b)은, 실시형태 2의 테이퍼형 벽면(24)보다도, 송기의 방향(화살표 A의 방향)과 대하여 작은 각도로 형성되어 있으므로, 송기 노즐(35)의 중심축과 탕구부(32)의 중심축이 일치하기 쉽고, 실시형태 3은 실시형태 2보다 위치 맞춤을 더욱 정확하게 행할 수 있다.

[실시형태 4]

본 실시형태는, 송기 노즐의 가스 토출구를 형성하는 내공의 형상을, 도 4에 나타낸 바와 같이, 송기 가스의 방향에 대하여 확경되도록 변경한 것 이외에, 통기성 주형의 탕구부의 형태, 송기 노즐의 측면의 형태, 및 송기 노즐과 통기성 주형의 탕구부와의 끼워맞춤부의 형태는 상기 실시형태 3과 마찬가지의 구성이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 송기 노즐(45)의 가스 토출구를 형성하는 내공의 직경은, 가스 토출구의 단면(端面)(C)으로부터 송기 가스의 흐름의 상류 방향(화살표 A로 나타내는 방향과는 반대의 방향)으로 거리 L1까지의 부분이 D2이며, 가스 토출구의 단면(C)으로부터 거리 L1의 위치보다 더 상류측의 부분이 D3(단, D2>D3)이다. 즉 송기 가스의 흐르는 방향(화살표 A 방향)과 단계적으로 내공이 확경되는 형상으로 함으로써, 가스 토출구 부근에서의 송기 가스의 유속이 내공 단면(斷面)에 대하여 일정하게 되므로 바람직하다. 탕구부(32)의, 가스 토출구 근방의 직경을 D1으로 할 때, D1, D2, D3 및 L1의 바람직한 관계는,

0.7×D1≤D2≤1.0×D1,

0.3×D2≤D3≤0.5×D2, 및

2.5×D1≤L1≤4.0×D1

이다.

[실시형태 5]

본 실시형태는, 송기 노즐의 가스 토출구를 형성하는 내공의 형상을, 도 5에 나타낸 바와 같이, 송기 가스의 방향에 대하여 테이퍼형으로 확경되도록 변경한 것 이외에, 통기성 주형의 탕구부의 형태, 송기 노즐의 측면의 형태, 및 송기 노즐과 통기성 주형의 탕구부와의 끼워맞춤부의 형태는 상기 실시형태 3와 마찬가지의 구성이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 송기 노즐(55)의 가스 토출구를 형성하는 내공의 직경은, 가스 토출구의 단면(C)으로부터 송기 가스의 흐름의 상류 방향(화살표 A로 나타내는 방향과는 반대의 방향)으로 거리 L2의 위치로부터, 가스 토출구의 단면(C)에 걸쳐서, D3로부터 D2로 연속하여(테이퍼형으로) 확경되어 있다. 이와 같은 형상으로 함으로써, 가스 토출구 부근에서의 송기 가스의 유속이 내공 단면에 대하여 일정하게 되므로 바람직하다. 탕구부(32)의, 가스 토출구(C) 근방의 직경을 D1 으로 할 때, D1, D2, D3 및 L2의 바람직한 관계는,

0.9×D1≤D2≤1.0×D1,

0.5×D2≤D3≤0.8×D2, 및

1.1×D1≤L2≤1.2×D1

이다.

Claims (10)

1. 금속 용탕(metal melt)을 통기성(通氣性) 주형(鑄型)에 중력 주탕(注湯)하여 주조(鑄造) 물품을 얻는 주조 물품의 제조 방법으로서,
   상기 통기성 주형의 캐비티는, 적어도, 탕구부(湯口部; sprue), 탕도부(湯道部; runner) 및 제품부(product-forming cavity)를 구비하고, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분에 금속 용탕을 충전하기 위해, 상기 통기성 주형의 캐비티 전체의 체적보다 작고, 원하는 캐비티 부분과 같은 체적의 용탕을 탕구부로부터 주탕하고, 주탕된 용탕이 원하는 캐비티 부분에 충전되기 전에, 상기 탕구부로부터 가스를 송기(送氣)하여 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고(凝固)시키는 단계
   를 포함하고,
   상기 가스의 송기는, 상기 가스를 토출(吐出)하는 송기 노즐을 상기 탕구부에 끼워맞춤으로써 행하고,
   상기 송기 노즐의 가스 토출구(吐出口)를 형성하는 내공(內孔)의 직경이, 상기 가스를 토출하는 방향으로 확경(擴徑)되어 있는,
   주조 물품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 송기 노즐은, 상기 송기 노즐의 외형이 가스를 토출하는 방향으로 끝이 좁아지게 되도록 테이퍼형 측면이 형성되어 있고, 상기 탕구부는, 용탕류(溶湯流)의 방향으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면이 형성되어 있고, 상기 송기 노즐의 테이퍼형 측면을, 상기 테이퍼형 벽면이 형성된 탕구부에 접촉시킴으로써 끼워맞추는, 주조 물품의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 송기 노즐을, 상기 가스의 토출 방향으로 압압(押壓)하는, 주조 물품의 제조 방법.
4. 적어도, 금속 용탕을 주탕하기 위한 탕구부, 상기 탕구부로부터 주탕한 용탕의 유로(流路)를 형성하는 탕도부, 및 상기 탕도부를 통해 공급된 용탕이 충전되는 제품부의 캐비티를 가지는 통기성 주형;
   상기 통기성 주형에 중력 주탕한 금속 용탕이, 상기 제품부를 포함하는 원하는 캐비티 부분에만 충전되도록, 상기 탕구부로부터 상기 통기성 주형의 캐비티에 가스를 송기하기 위한 송기 노즐; 및
   상기 송기 노즐에 상기 가스를 공급하는 가스 공급 장치;
   를 포함하는 주조 장치로서,
   상기 송기 노즐은, 상기 탕구부에 끼워맞추는 것에 의해, 상기 가스를 상기 탕구부로부터 상기 캐비티에 송기 가능하게 하는 끼워맞춤부를 구비하고,
   상기 송기 노즐의 가스 토출구(吐出口)를 형성하는 내공(內孔)의 직경이, 상기 가스를 토출하는 방향으로 확경(擴徑)되어 있는,
   주조 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 송기 노즐의 끼워맞춤부는, 상기 가스를 토출하는 방향으로 끝이 좁아지게 되도록 테이퍼형 측면이 형성되어 있는, 주조 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 탕구부는, 상기 금속 용탕이 흘러내리는 유로인 도입관부(導入管部)와, 상기 도입관부에 연결되고 상기 도입관부보다 확경되어 상기 통기성 주형의 외측에 개구되는 탕구(湯口) 컵부로 이루어지고,
   상기 도입관부는, 상기 송기 노즐을 끼워맞출 수 있는 끼워맞춤부를 가지는, 주조 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 탕구부의 일부를 구성하는 상기 끼워맞춤부는, 상기 금속 용탕이 흘러내리는 방향으로 끝이 뾰족한 테이퍼형 벽면이 형성되어 있는, 주조 장치.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 송기 노즐을, 상기 가스의 토출 방향으로 압압하는 기구(機構)를 가지는, 주조 장치.
   
9. 삭제
10. 삭제

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